化学自习室移动版

以下几个根本问题，在教学中至今仍然没有得到很好解决。

1．把二氧化硫通入澄清石灰水，到底有没有白色亚硫酸钙(CaSO₃)沉淀生成？

2．二氧化硫通入石灰水，跟把CO₂通入石灰水，是不是有相似的化学反应现象和相同的化学反应过程？

3．怎样做好二氧化硫通入澄清石来水的课堂演示实验？

4．可用澄清石灰水来检验CO₂的存在，又可不可以用澄清石灰水来检验二氧化硫的存在？

5．怎样检验二氧化硫的存在？

本文试图对二氧化硫通入澄清石灰水的现象、反应，以及上述诸多的问题，作些简要分析。

一、几个分析问题的相关实验

1．试管里装5—10mL 石灰水，按一般的实验操作方法把二氧化硫通入石灰水中，确实不论时间长短，都观察不到澄清石灰水变浑浊的现象(原因陈述在后)。

2．试管里也装5—10mL 石灰水，小心控制好二氧化硫气流，当向石灰水中通4—5个二氧化硫气泡时，就有大量白色CaSO₃沉淀析出，如果继续再通进5—10个二氧化硫气泡，沉淀就会消失殆尽，溶液变得澄清。

3．试管里装进任意量的石灰水，滴入几滴酚酞试液(溶液变红)，严格控制好极弱的二氧化硫气流，把逐个逐个二氧化硫气泡通入石灰水中，当红色酚酞溶液的颜色接近完全消失的时候，立即出现白色浑浊。如果再继续通入二氧化硫，白色浑浊物又很快溶解使溶液变得澄清。

4．找一个较大容量的玻璃筒，装进较多的(数百毫升)澄清石灰水，再加几滴酚酞试液作指示剂。按一般的操作方法，以较大的气流，放心地往石灰水中通二氧化硫气体，大概一分钟左右，也当红色酚酞的颜色刚好接近完全消失的时候，立即出现白色浑浊(其浑浊程度并不亚于往石灰水中通入适量CO₂所具有的最大浑浊度)。如果再继续通入二氧化硫，白色浑浊又变澄清。

5．集满一瓶二氧化硫和装满一瓶澄清石灰水，让它们口对口地对着，抽去瓶口间的玻璃片，上下颠倒振荡几次。如果石灰水与二氧化硫气体的体积比≈2.5∶1，这时的石灰水会具有最大的浑浊度。

6．在一个500mL 的烧杯中，加入200mL 澄清石灰水。当逐滴加入5mL 左右的饱和亚硫酸溶液(即饱和二氧化硫水溶液)，这时生成的白色沉淀最多，溶液的浑浊度最大。如果再加人5mL 饱和亚硫酸，沉淀就会完全溶解，溶液变得澄清。如果在这种澄清溶液中，再次加入200mL 澄清石灰水，这时又会重现生成沉淀的白色浑浊现象。

7．取上述各实验中，因通入过量二氧化硫(特别是实验1)和加入过量饱和亚硫酸而变得澄清的任何溶液，分做如下3个小实验：一是加热持续沸腾，二是加入适量澄清石灰水，三是滴加少量NaOH溶液，均有白色沉淀生成。

二、实验分析

大家知道，二氧化硫和CO₂跟石灰水的反应过程，历来都有完全相同的化学表达式(化学方程式)，那又当如何来解释上述实验事实呢？

1．把二氧化硫和CO₂分别同时通入等量澄清的石灰水中，二氧化硫向溶液离子浓度的澄清石灰水中，通入二氧化硫气体，很快析出CaSO₃沉淀。

2．亚硫酸(H₂SO₃)是中强酸，它的H^＋离子浓度无可比拟地大于H₂CO₃溶液中的H^＋离子浓度，所以石灰水被二氧化硫中和的速率远大于CO₂中和的速率(这可由酚酞指示剂的红色减褪来判断)；CaSO₃被H^＋离子溶解形成可溶性Ca(HSO₃)₂的速率又远比CaCO₃被H^＋离子溶解形成可溶性Ca(HCO₃)₂的速率要快。这就是把二氧化硫通入澄清石灰水中生成CaSO₃沉淀的速率快，溶解CaSO₃生成可溶性Ca(HSO₃)₂的速率也快的原因。

3．完全是由于操作技术上的主观原因，致使一些实验者，既没有观察到不溶性白色亚硫酸钙的生成(特别是仅有几毫升石灰水的情况下，很容易造成二氧化硫过量！)，更观察不到亚硫酸钙的溶解，而只分析到(当然也验证了)有可溶性酸式亚硫酸钙Ca(HSO₃)₂的生成(如实验7)。有一点值得一提，Ca(HSO₃)₂和Ca(HCO₃)₂仅可以在水溶液中稳定存在，当加热或在无水条件下即迅速分解。因此没有Ca(HSO₃)₂和Ca(HCO₃)₂的固体试剂存在。

三、应当明确的几个问题

1．二氧化硫通入澄清石灰水跟CO₂通入澄清石灰水一样，会因生成不溶性CaSO₃而使澄清石灰水变成白色浑浊。《化学教育》1991年2期“二氧化硫气体导入澄清石灰水现象小析”一文，在这个重要的原则性问题上，是明显地错了。

2．二氧化硫在跟石灰水反应的现象和过程，与CO₂跟石灰水反应的现象和过程，在化学反应表达式上是相同的。

3．由于二氧化硫与CO₂的性质—溶解性和水溶液酸性有极大差别，可以用澄清石灰水来检验CO₂的存在(CaCO₃被弱酸H₂CO₃溶解的速率慢)，灵敏度高，而不能用澄清的石灰水来检验二氧化硫的存在(CaSO₃被H₂SO₃溶解的速率快)，灵敏度低。

4．课堂演示二氧化硫跟石灰水反应的要点有三：一是饱和澄清石灰水的用量不宜太少(如几毫升)。一般以50、100、200mL，甚至在更多一些的石灰水中进行才便于操作和观察；二是滴入酚酞作指示剂，即红色酚酞的颜色刚好减褪成无色时，即表示生成最大量的CaSO₃，因而有最大的浑浊度。实验5，实验6表明，石灰水跟二氧化硫气体和石灰水跟亚硫酸的反应，有很好的滴定和反滴定的定量效果。以下实验经验，可供课堂演示实验时参考。

平均地说，1mL 饱和石灰水，仅通入1—2个二氧化硫气泡，就有最大的浑浊度，第3个气泡，沉淀就会完全溶解变得澄清。由于没有认识到这一点，致使一些实验者在已经过量二氧化硫的情况下，还在继续通入更多的二氧化硫，始终观察不到CaSO₃沉淀，从而得出错误的结论，说二氧化硫通入澄清石灰水看不到澄清石灰水变浑浊的现象。

如下定量实验：注射器里收集20mL 二氧化硫，缓缓抽吸加有酚酞的红色的饱和石灰水。当吸入48～50mL 石灰水，注射器内的反应溶液略显粉红色时，具有最大的浑浊度。因此，一般说来，1体积二氧化硫跟2.5体积的饱和石灰水的两个集气瓶口对口的混合振荡，可以有最大的浑浊度。再200mL 饱和石灰水，跟5mL 饱和二氧化硫溶液混合振荡，可以有最大的浑浊度。

参考文献：

1 刘怀乐等，简析二氧化硫通入澄清石灰水的现象、反应及其它，《化学教育》1993年3月